紅壤坡耕地耕層土壤抗剪強(qiáng)度及影響因素響應(yīng)特征.pdf

1、土壤抗剪強(qiáng)度與土壤侵蝕關(guān)系非常密切，是表征土壤抗侵蝕性能，土體破壞、埂坎穩(wěn)定性重要力學(xué)指標(biāo)，同時(shí)也是土壤耕性的重要參數(shù)。本文以江西進(jìn)賢、云南馬龍、廣西來賓紅壤坡耕地為研究對(duì)象，研究了耕層土壤理化性質(zhì)和抗剪強(qiáng)度變化特征，通過Pearson相關(guān)分析法和主成分分析探討影響抗剪強(qiáng)度的因素，采用室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究三種紅壤坡耕地耕層土壤抗剪強(qiáng)度對(duì)土壤含水率、干濕循環(huán)次數(shù)、幅度、土壤容重、粒徑級(jí)配的響應(yīng)特征，以期為紅壤坡耕地耕層土壤水土流失防治、耕

2、層土壤質(zhì)量改善和梯田埂坎穩(wěn)定性提供理論借鑒。主要結(jié)論如下：
　?。?）不同類型紅壤坡耕地不同土層土壤理化性質(zhì)差異明顯。江西進(jìn)賢紅壤、廣西來賓紅壤、云南馬龍紅壤坡耕地不同土層土壤容重和孔隙度差異明顯，土壤容重表現(xiàn)為：耕作層（0—20 cm）<心土層（20—40 cm）<底土層（40—60 cm），毛管孔隙度和總孔隙度表現(xiàn)為耕作層>心土層>底土層（P＜0.05）。耕作層土壤初始入滲率、穩(wěn)定入滲率顯著高于心土層、底土層。不同土層土壤顆粒

3、以粉粒、砂粒為主，土壤質(zhì)地為壤土，土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體以>5 mm、5-2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體為主，土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體以0.5-0.25mm和<0.25mm粒級(jí)團(tuán)聚體為主，土壤微團(tuán)聚體以0.25~0.05 mm、0.05~0.01 mm粒級(jí)為主。不同土層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷含量差異顯著，隨土層深度增加而含量降低，表現(xiàn)為耕作層>心土層>底土層。綜合野外調(diào)查和試驗(yàn)分析，紅壤坡耕地合理耕層主要特征表現(xiàn)為：土壤容重介于1.11~1

4、.25g/cm-3，總孔隙度>56％，土壤穩(wěn)定入滲率5.88~10.18mm/min，土壤質(zhì)地為壤土，有機(jī)質(zhì)含量>13.67g/kg。
　?。?）不同類型紅壤坡耕地土壤抗剪強(qiáng)度差異明顯，隨土層深度增加而增大，呈現(xiàn)階段性特征，>30-40 cm土層時(shí)抗剪強(qiáng)度迅速減小。江西進(jìn)賢紅壤、云南馬龍紅壤Ⅰ階段：0-40 cm耕層，抗剪強(qiáng)度隨深度呈線性遞增，Ⅱ階段：40-60 cm土層，抗剪強(qiáng)度隨土層深度增加趨于出一定的穩(wěn)定性。廣西來賓紅第Ⅰ階

5、段：0-30 cm土層，抗剪強(qiáng)度隨深度呈線性遞增，Ⅱ階段：30-60 cm土層，抗剪強(qiáng)度增加幅度急劇減小，趨于穩(wěn)定。綜合野外調(diào)查結(jié)果，紅壤坡耕地合理耕層抗剪強(qiáng)度變化范圍為3.58~5.99 kPa
　　根據(jù)Pearson相關(guān)和主成分分析表明，土壤容重、含水率、物理性粘粒、分散系數(shù)、濕篩MWD是與紅壤坡耕地土壤抗剪強(qiáng)度密切相關(guān)的物理性因素，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、堿解氮是與紅壤坡耕地土壤抗剪強(qiáng)度密切相關(guān)的化學(xué)性因素。

6、　　（3）不同類型紅壤坡耕地土壤抗剪強(qiáng)度隨含水率呈非線性衰減，不同垂直荷載下抗剪強(qiáng)度隨含水率衰減路徑差異明顯。江西進(jìn)賢紅壤100 kPa、200 kPa下，隨含水量增加抗剪強(qiáng)度微幅度波動(dòng)衰減，300 kPa、400 kPa下，含水率為11%~19%時(shí)，趨于穩(wěn)定，含水率為19%~23%時(shí)，抗剪強(qiáng)度劇烈衰減，含水率為23%~27%時(shí)，抗剪強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。廣西來賓紅壤200、300、400kPa下，呈非線性階段衰減，含水率為11%~17%時(shí)，呈

7、非線性平滑衰減，含水率為17%~27%時(shí)，呈非線性波動(dòng)衰減。云南馬龍紅壤抗剪強(qiáng)度隨含水率呈非線性波動(dòng)衰減，含水率>25%時(shí)，衰減趨勢(shì)減弱并趨于穩(wěn)定。
　　不同類型紅壤坡耕地耕層土壤粘聚力隨含水率先增大而后減小，內(nèi)摩擦角隨含水率增大呈非線性波動(dòng)衰減。含水率為11%~21%時(shí)，江西進(jìn)賢紅壤粘聚力介于1.02~16.54 kPa，含水率>21%時(shí)，粘聚力隨含水率增加而減小。含水率11%~23%時(shí)，廣西來賓紅壤、云南馬龍紅壤粘聚力迅速增大

8、，含水率>23%時(shí)，隨含水率增加逐漸衰減。江西進(jìn)賢紅壤、廣西來賓紅壤、云南馬龍紅壤含水率低于19%、17%、15%時(shí)，內(nèi)摩擦角線性衰減，含水率超過轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，摩擦角波動(dòng)衰減，且趨于穩(wěn)定。
　?。?）江西進(jìn)賢紅壤與云南馬龍紅壤坡耕地耕層土壤抗剪強(qiáng)度、粘聚力隨循環(huán)次數(shù)增加呈非線性衰減，內(nèi)摩擦角呈波動(dòng)式衰減。對(duì)江西進(jìn)賢紅壤與云南馬龍紅壤抗剪強(qiáng)度而言，Ⅰ階段1~3、4次循環(huán)，抗剪強(qiáng)度衰減率呈近似線性迅速增加，抗剪強(qiáng)度衰減快，Ⅱ階段3、4~5

9、次循環(huán)，抗剪強(qiáng)度逐漸趨于穩(wěn)定值。對(duì)粘聚力而言，Ⅰ階段0~3、4次循環(huán)，呈現(xiàn)近似線性地迅速衰減；Ⅱ階段為3、4~5次循環(huán)，粘聚力趨于穩(wěn)定。內(nèi)摩擦角隨干濕循環(huán)次數(shù)增加波動(dòng)式衰減，但衰減幅度明顯低于粘聚力。
　　循環(huán)次數(shù)、幅度交互效應(yīng)下，江西進(jìn)賢紅壤粘聚力隨循環(huán)次數(shù)的增大先迅速減小，波動(dòng)范圍為2.65~9.75 Kpa，循環(huán)次數(shù)>3次后，粘聚力趨于穩(wěn)定，而循環(huán)幅度對(duì)粘聚力衰減作用不顯著。江西進(jìn)賢紅壤內(nèi)摩擦角隨干濕循環(huán)幅度增大而增大。云南

10、馬龍紅壤粘聚力隨循環(huán)次數(shù)增加而減小，隨循環(huán)幅度變化先微幅增大后減小，峰值出現(xiàn)在Δw=15%附近，內(nèi)摩擦角隨循環(huán)次數(shù)增加而波動(dòng)式減小，隨干濕循環(huán)幅度變化衰減路徑起伏波動(dòng)大，衰減受干濕循環(huán)幅度影響小。
　　（5）江西進(jìn)賢紅壤、廣西來賓紅壤、云南馬龍紅壤坡耕地耕層土壤粘聚力隨著容重增加呈逐漸增大趨勢(shì)。粒徑級(jí)配對(duì)紅壤坡耕地耕層土壤粘聚力無顯著影響，內(nèi)摩擦角隨＜0.05mm細(xì)粒徑顆粒的增加而增大，內(nèi)摩擦分布范圍為7.57°~8.67°、7.